6. Тепловой режим Земли

Внутреннее тепло Земли. Тепловой режим Земли складывается из двух видов: внешней теплоты, получаемой в виде солнечной радиации, и внутренней, зарождающейся в недрах планеты. Солнце дает Земле огромное количество тепловой энергии. Разные участки земного шара получают неодинаковое количество тепловой энергии: области расположенные вблизи экватора и тропиков - больше, а области умеренных широт и полярные области - меньше. Солнечная энергия обычно проникает вглубь земной коры на глубину 10-12 км. С глубиной в недрах Земли увеличивается роль внутренней энергии. На некоторой глубине от поверхности Земли располагается пояс постоянной температуры, ниже его происходит увеличение температуры. Она зависит от состава вмещающих пород, деятельности теплых источников и теплоты поступающей из недр Земли.

Состав и строение земной коры. Земная кора состоит из магматических, осадочных и метаморфических горных пород. Магматические горные породы образуются при извержении магмы из глубинных зон Земли при ее затвердении. Если мама внедряется в земную кору и медленно застывает, в условиях высокого давления на глубине образуются интрузивные горные породы (граниты), при излиянии магмы на поверхность образуются эффузивные горные породы (базальт, вулканический туф). Осадочные горные породы образуются непосредственно на земной поверхности разными путями: либо за счет жизнедеятельности организмов (известняк, мел, каменный уголь), либо при разрушении и последующем отложении горных пород - обломочные породы (глина, песок, суглинки), либо за счет химических реакций (бокситы, фосфориты, соли разных металлов). Метаморфические горные породы возникают в результате изменения (метаморфизма) различных горных пород, оказавшихся на глубине под влиянием высоких температур и давления (мрамор, кристаллические сланцы). Тепловой режим земли обуславливается солнечной радиацией и тепловой энергией, выделяющейся при радиоактивном распаде, при химических реакциях, в процессе кристаллизации минералов и тектонических процессах.

В верхней части земной коры выделяют три температурные зоны: І – зона сезонных колебаний, ІІ – зона постоянной температуры, ІІІ – зона нарастания температуры. Изменение температуры в первой зоне определяется климатическими условиями местности. Для средних широт характерна кривая а (летний период), и кривая б (в зимний период). В зимний период образуется подзона І-а, где температура опускается ниже 0оС. Глубина промерзания зависит от климата, типа горных пород и колеблется от нескольких см до 2м и более. В зонах с умеренно теплым климатом, зона 1 характеризуется только кривой а. По мере углубления в недра земли влияние суточных и сезонных температур уменьшается и на глубине 12 ¸ 40 м начинается зона постоянной температуры, равная среднегодовой температуры для данной местности. Если в этой зоне температура опускается ниже 0оС, то вода замерзает и образуется вечная мерзлота. Ниже горизонта постоянных температур под влиянием внутренней теплоты земли или температуры горных пород с глубиной заметно повышается. Величина нарастания температуры на каждые 100 метров глубины называется геотермическим градиентом, а глубина (в метрах) ниже пояса постоянных температур, которой нужно достичь, чтоб температура повысилась на 1оС, называется геотермической ступенью. Увеличение температуры с глубиной имеет большой теоретический и практический интерес. С этим явлением нужно считаться при заложении глубоких шахт, прохождении туннелей (особенно в горах), бурении сверхглубоких скважин. Проходку некоторых глубоких шахт, например шахты золотых рудников в Трансваале (доведенных до глубины 2289 метра), пришлось приостановить, т.к. температура достигла +40оС. при проходе Симплонского туннеля в Альпах на глубине 2690 метра была отмечена температура +50оС.

5-Понятие магме

Магма - (др.-греч. μάγμα — месиво, густая мазь) представляет собой при­родный, чаще всего силикатный, раскаленный, жидкий расплав, воз­никающий в земной коре или в верхней мантии, на больших глубинах, и при остывании формирующий магматические горные породы. Излившаяся магма — это лава.

7. методы относительной и абсолютной геохронологии

Ни одни из описанных нами ранее часов не годятся для измерения столь больших промежутков времени и датирования давно минувших событий. Ведь часы, изготовленные человеком, в геологических масштабах времени появились сравнительно недавно, некоторые несколько тысячелетий, а другие лишь несколько десятков лет назад. Использование изготовленных человеком часов для непрерывного отсчета времени не насчитывает и нескольких сот лет. Часы — вращающаяся вокруг своей оси Земля и часы — Земля, вращающаяся вокруг Солнца, работают уже миллиарды лет, однако отсчет по ним начался лишь несколько тысяч лет назад и, как мы теперь доподлинно знаем, велся нерегулярно, с провалами и сбоями. Ученые разработали метод отсчета времени по годичным кольцам деревьев, но эта шкала времени простирается не очень далеко (до нескольких тысяч лет) и имеет ограниченное применение. Отложения ленточных глин, песка, солей также дают возможность отсчета времени. Все эти методы учеными изучались и использовались. Однако часы, основанные на этих процессах, оказались очень неточными. Имеется еще ряд методов измерения больших промежутков времени. Целая группа таких методов основана на изучении смены различных форм жизни. На протяжении веков и тысячелетий одни виды растений и животных сменяли другие. Каждый из этих видов существовал более или менее продолжительное время. Многие виды существовали одновременно. Однако большинство из них, пережив период расцвета и широкого распространения, затем по разным причинам погибало и уступало место другим.

Изучив последовательность, в которой происходила смена одних видов другими, и хотя бы приблизительно определив продолжительность существования каждого из них, можно таким образом составить шкалу времени. Такие часы основаны на сопоставлении различных событий между собой и, следовательно, показывают относительное время. Они дают возможность уверенно определять последовательность разных явлений. Однако эти часы оказываются очень неточными при датировании отдельных событий, или, как часто говорят, определении возраста этих событий. Тем не менее, и в настоящее время эти методы во многих случаях оказываются полезными и широко применяются. В начале нашего века для отсчета больших промежутков времени были разработаны «радиоактивные часы». Именно они позволили определять возраст различных объектов исследования с приемлемой точностью, получать даты давно минувших событий и, в конечном счете, лучше разобраться в истории жизни на Земле, формировании самой Земли и даже развитии Солнца и звезд. Очень существенной особенностью радиоактивных часов является то, что с их помощью для археологических находок, горных пород и других объектов исследования определяется абсолютный возраст: абсолютный в том смысле, что он находится по некоторым свойствам (радиоактивности) данного образца и непосредственно для данного образца, между тем как в методах относительной хронологии возраст данного образца определяется из сопоставления его с другими объектами, например остатками спор и пыльцы растений, раковинами различных типов и т. д. «Радиоактивными часами» называют метод или, вернее, целую группу очень мощных методов, в которых явление радиоактивного распада ядер различных изотопов используется для определения больших промежутков времени. Проведенные исследования радиоактивных веществ показали, что скорость их распада не зависит от окружающей температуры и давления по крайней мере в тех пределах, которые достижимы в земных лабораториях. Таким образом, процесс радиоактивного распада с успехом может быть использован для отсчета промежутков времени.

Распад различных радиоактивных изотопов происходит с существенно различной скоростью, например: период полураспада висмута-212 равен 60,5 минуты, урана-238— 4,5 миллиарда лет, а углерода-14 — 5730 годам. Напомним, что периодом полураспада радиоактивного вещества называется промежуток времени, в течение которого количество его уменьшается вдвое. Таким образом, для измерения различных объектов и разных интервалов времени имеется достаточно широкий выбор подходящих изотопов. Тем не менее при использовании радиоактивных часов для отсчета больших промежутков времени обнаружились специфические и серьезные трудности. Потребовалось много труда и научной выдумки для того, чтобы достигнуть той степени понимания используемых процессов, которая позволила эти трудности преодолеть.

Между тем принцип измерения больших промежутков времени с помощью радиоактивных часов очень прост. В некоторой мере он подобен принципу работы огненных часов, в которых соответствующим образом приготовленная палочка горит с постоянной и заранее известной скоростью. Зная начальную длину палочки, скорость ее сгорания и измерив длину несгоревшей ее части, можно без особого труда определить, сколько прошло времени от того момента, когда палочка была зажжена. Именно так и поступали в древности. Однако между радиоактивными и огненными часами аналогия оказывается неполной в том отношении, что через равные интервалы времени длина горящей палочки огненных часов уменьшается на определенные отрезки, т. е. по закону арифметической прогрессии, а количество радиоактивного вещества через равные интервалы времени уменьшается в определенное число раз, т. е. по закону прогрессии геометрической. Если в начальный момент длина палочки огненных часов равнялась Л, а скорость ее сгорания В, то через 1, 2, 3 часа ее длина будет равняться Л — 1В, А — 2В, А — 35 и т. д. Если количество радиоактивного вещества в начальный момент равнялось Л, то через равные и характерные для каждого радиоактивного изотопа интервалы времени оно будет равняться 1/2А, 1/4А, 1/8А и т. д. Кривую, описывающую такое изменение величины, называют экспонентой. То, что количество имевшегося вначале радиоактивного вещества убывает с течением времени по экспоненте, никаких добавочных затруднений в отсчете времени не вызывает.